Electricitatea

În fizică, fenomenul electromagnetic de electricitate (sau sarcină electrică) este o proprietate conservată a materiei care poate fi cuantificată. În acest sens, expresia „cantitate de electricitate” este folosită alternativ cu frazele „sarcina de electricitate” și „cantitate de sarcină.” Există două tipuri de electricitate sau de sarcină: un tip de sarcină este pozitivă, iar cealaltă negativă. Prin experiment, vom găsi că obiecte încărcate cu aceeaşi sarcină se resping și obiecte încărcate cu sarcini de semn contrar se atrag. Mărimea forței de atracție sau de respingere este dată de Legea lui Coulomb.

Unitatea SI de sarcină electrică este Coulomb.

Istorie

În conformitate cu Thales din Milet, circa 600 î.Hr., electricitatea a fost cunoscut de grecii antici, care au constatat că frecarea unei blăni pe diverse substanțe, cum ar fi chihlimbar, duce la un dezechilibru de sarcină electrică. Grecii au remarcat faptul ca butoanele de chihlimbar atrag obiecte ușoare, cum ar fi părul, și că în cazul în care se freacă chihlimbarul pentru suficient de mult timp, s-ar putea obține chiar și o scânteie.

Un obiect găsit în Irak în 1938, datat la aproximativ 250 î.Hr. și numit Bateria Bagdad, seamănă cu o celulă electrochimică și este considerat de unii a fi fost folosite pentru galvanizare. Nu există niciun document justificativ clart pentru a indica la ce a fost folosit obiectul, deși există și alte descrieri anacronice de dispozitive electrice de pe pereţi egipteni și în scrierile antice.

În 1600 omul de știință englez William Gilbert a revenit la subiect în De Magnete, și a inventat cuvântul latin modern electricus din ηλεκτρον (elektron), cuvântul grecesc pentru chihlimbar, din care au apărut cuvintele electric și electricitate. El a fost urmat în 1660 de către Otto von Guericke, care a inventat un generator electrostatic timpuriu. Alţi pionieri europene au fost Robert Boyle, care a declarat în 1675 că atracția electrică și repulsia pot acționa în vid; Stephen Gray, care în 1729 a clasificat materialele drept conductoare și izolatoare; și C. F. Du Fay, care a identificat pentru prima data cele două tipuri de sarcină electrică, numite mai târziu numit pozitive și negative. Butelia Leyden, un tip de condensator de stocare a sarcinii electrice în cantități mari, a fost inventată la Universitatea Leyden de Pieter van Musschenbroek, în 1745. William Watson, făcând experienţe cu borcanul Leyden, a descoperit în 1747 că o descărcare de electricitate statică este echivalentă cu un curent electric.

În iunie 1752, Benjamin Franklin a promovat investigaţiile sale şi teoriile despre electricitate prin celebrul, deși extrem de periculosul, experiment de zbor al unui zmeu în timpul unei furtuni. În urma acestor experimente a inventat paratrăsnetul și a stabilit legătura dintre fulgere și electricitate. Dacă Franklin chiar a făcut ca un zmeu să zboare într-o furtună, el nu a făcut-o așa cum este adesea descris (un mod care ar fi fost dramatic, dar fatal). Franklin (mai degrabă) sau Ebenezer Kinnersley din Philadelphia (mai puțin probabil) a creat convenția de sarcină pozitivă și negativă. Observațiile lui Franklin au ajutat oamenii de ştiinţă mai târziu, printre care Michael Faraday, Luigi Galvani, Alessandro Volta, André-Marie Ampère, și Georg Simon Ohm a cărui operă a furnizat baza pentru tehnologia electricităţii moderne. Lucrarea lui Faraday, Volta, Ampere, și Ohm sunt onorate de către umanitate, prin denumirea unora din unitățile fundamentale de măsură electrice după numele lor.

Volta a lucrat cu substanțe chimice și a descoperit că reacțiile chimice ar putea fi folosite pentru a crea anozi încărcaţi pozitivi și catozi încărcaţi negativi. Când un conductor a fost atașat între acestea, diferența de potențial electric (de asemenea, cunoscută sub numele de tensiune) determină un curent între ele prin conductor. Diferența de potențial dintre două puncte se măsoară în unități de volți în semn de recunoaștere a activității lui Volta.

Sec. XIX începutul secolului XX a produs giganți în inginerie electrică precum Samuel Morse, inventatorul telegrafului; Alexander Graham Bell, inventatorul telefonului; Thomas Edison (inventator de fonograf, imagini în mișcare și un practică bec incandescent); George Westinghouse, inventator al locomotivei electrice; Charles Steinmetz, inventator al curentului alternativ; și Nikola Tesla, inventatorul motorului de inducție și dezvoltator de sisteme polifazate.

Tesla a efectuat experimente cu tensiuni foarte mari, care sunt subiectw de legendă, care implică fulgere globulare și alte efecte (unele au fost copiate sau explicate, și sunt altele care nu au fost încă explicate). El a contribuit la lumea de electrodinamicii cu teoria electricităţii curentului alternativ polifazic, care a folosită pentru a construi primul motor de inducție, inventat în 1882. În luna mai 1885, Westinghouse, ulterior președinte al Companiei Westinghouse Electric din Pittsburgh, Pennsylvania, a cumpărat drepturile de autor pentru brevetele lui Tesla pentru dinamuri de curent alternativ polifazat. Acest lucru a dus la un concurs, în așa-numita instanța a opiniei publice, cu privire la care sistemul care va fi adoptat ca standard de transmisie a puterii (cunoscut sub numele de Războiul curenţilor), sistemul de curent continuu al lui Edison sau metoda de curent alternativ Westinghouse.

Edison a realizat o campanie de relații publice care a inclus promovarea scaunului electric ca o metodă de execuție. Edison a vrut să dovedească faptul că curentul alternativ este capabil să ucidă și, prin urmare, ar trebui să fie văzut de către public ca inerent periculos. Această campanie de teamă, incertitudine şi îndoială, a inclus electrocutarea elefantului Topsy. Transmisie electricităţii în curent alternativ a fost în cele din urmă adoptată ca standard.

Puterea electrică

Puterea electrică, pentru majoritatea consumatorilor, este generată la nivel central de către companiile de utilităţi care utilizează cărbune, petrol, energia apei, sau energia nucleară. Capacităţile mici de generare se bazează în prezent pe surse regenerabile cum ar fi energia solară și eoliană. Unele persoane și comunități preferă surse regenerabile, deoarece există mai puțină poluare, și deoarece utilizatorii de surse regenerabile de energie pot avea, uneori, o oarecare independență economică în utilizarea electricităţii.

În inginerie electrică, energia în câmpuri electromagnetice este valorificată pentru a efectua o muncă utilă – fie ca o metodă de a transmite energie la locul potrivit și apoi a o transforma din nou într-o formă diferită, utilă, de energie (de exemplu, căldura, lumina, sau mișcarea), sau prin utilizarea de prezenței sau nivelului de electricitate pentru a transmite informații.

Inginerii electricieni de astăzi se bucură de posibilitatea de a proiecta circuite folosind blocuri pre-fabricate, cum ar fi surse de alimentare, rezistențe, condensatori, semiconductori, tranzistori, și circuite integrate. Un circuit integrat într-un calculator, un microprocesor, realizează milioane de calcule pe secundă.

Curentul electric

Un flux de sarcină electrică se numește curent electric. Un curent continuu este un flux constant; curentul alternativ este un flux a cărui medie în timp este zero, dar nu este zero în orice moment. Această definiţie a curentului laternativ implică faptul că fluxul schimbă în mod repetat direcția. (Polaritatea și semn numeric (de exemplu negativ vs pozitiv) sunt termeni suplimentari pentru direcție în acest sens).

Fluxurile de sarcină electrică pot fi produse în conductori și nu pot exista în izolatoare. Unele dispozitive electrice care utilizează principiile fizicii electrice sunt numite dispozitive electronice.

Legea lui Ohm este o relație importantă care descrie comportamentul curenților electrici: Tensiunea ca diferență de potențial = curent * rezistenţa, sau:

V = IR

Fenomene electrice în natură

• fulgerul
• bioelectricitatea – Multe animale sunt sensibile la câmpuri electrice, unele (de exemplu, rechinii), mai mult decât altele (de exemplu, oamenii). Altele, cum ar fi anghila electrică, generează propriile câmpuri electrice.
• materia – atomii şi moleculele sunt ținuţi împreună de forțe electrice.
• câmpul magnetic al Pământului – care este creat de curenți electrici care circulă în miezul planetei.